2024年大学无机化学之化学平衡

大学无机化学之化学平衡12024/2/29目录contents化学平衡概述沉淀溶解平衡酸碱平衡氧化还原平衡配位化合物与配位平衡影响化学平衡因素及移动原理22024/2/2901化学平衡概述32024/2/29定义在一定条件下，可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态。特点动态平衡，即平衡时正逆反应仍在进行，但速率相等；条件性，平衡状态受温度、压力、浓度等条件影响；可逆性，平衡时反应物和生成物同时存在。化学平衡定义与特点42024/2/29123通过化学平衡研究，可以了解反应进行的程度以及反应物和生成物之间的转化关系。揭示化学反应进行的程度和方向在化工生产中，需要控制反应条件以实现所需的化学平衡，从而提高产率和产品质量。指导化工生产化学平衡研究有助于深入了解物质的性质和行为，为材料科学、环境科学等领域提供理论支持。深化对物质性质的认识化学平衡研究意义52024/2/2903碱的电离平衡常数（Kb）表达式为等于生成物浓度的幂之积除以反应物浓度，例如Kb(NH3·H2O)=[NH4+][OH-]/[NH3·H2O]。01沉淀溶解平衡常数（Ksp）表达式为等于等于生成物浓度的幂之积，例如Ksp(AgCl)=[Ag+][Cl-]。02酸的电离平衡常数（Ka）表达式为等于生成物浓度的幂之积除以反应物浓度，例如Ka(CH3COOH)=[H+][CH3COO-]/[CH3COOH]。化学平衡常数表达式62024/2/2902沉淀溶解平衡72024/2/29

沉淀溶解平衡原理沉淀溶解平衡的定义在一定条件下，难溶电解质在溶液中的沉淀与溶解达到动态平衡状态。平衡常数的表达式Ksp，称为溶度积常数，与沉淀的类型和温度有关。平衡的移动受浓度、温度等因素的影响，平衡会发生移动。82024/2/29溶度积常数的应用通过比较溶度积常数与溶液中离子浓度的乘积，可以判断沉淀的生成和溶解情况。溶度积常数与溶解度的关系两者在一定条件下可以相互换算，但需注意单位换算和温度的影响。溶度积常数的意义反映了难溶电解质在水中的溶解能力，是判断沉淀生成和溶解的重要依据。溶度积常数及其应用92024/2/29当溶液中离子浓度的乘积大于溶度积常数时，会生成沉淀。沉淀生成的条件当溶液中离子浓度的乘积小于溶度积常数时，沉淀会溶解。沉淀溶解的条件在含有难溶电解质离子的溶液中，加入含有相同离子的强电解质，会使难溶电解质的溶解度降低。同离子效应对沉淀溶解平衡的影响温度、pH值、配合物的形成等也会影响沉淀的生成和溶解。其他影响因素沉淀生成与溶解条件102024/2/2903酸碱平衡112024/2/29酸碱质子理论酸碱反应强酸与强碱弱酸与弱碱酸碱质子理论及酸碱反应凡是能给出质子的分子或离子为酸，凡是能接受质子的分子或离子为碱。在水中完全电离的酸和碱，如硫酸、盐酸、氢氧化钠等。酸与碱之间的反应，其实质是质子的转移，可以生成水或其他较弱的酸或碱。在水中部分电离的酸和碱，如醋酸、氨水等。122024/2/29表示酸碱反应达到平衡时，反应物和生成物浓度之间的关系，通常用Ka、Kb、Kh等表示。酸碱平衡常数通过测定反应物和生成物的浓度，可以计算出平衡常数，进而判断反应进行的程度和方向。平衡常数的计算在化学实验中，可以通过控制反应条件，使平衡向所需的方向移动，从而得到所需的产物。平衡常数的应用酸碱平衡常数计算及应用132024/2/29能在酸碱溶液中显示不同颜色的物质，如酚酞、甲基橙等，用于指示酸碱滴定反应的终点。酸碱指示剂酸碱滴定滴定曲线的绘制通过向待测溶液中加入已知浓度的酸或碱溶液，使反应达到终点，从而测定待测溶液的浓度。记录滴定过程中溶液pH值的变化，可以绘制出滴定曲线，进而确定滴定终点和计算待测溶液的浓度。030201酸碱指示剂与酸碱滴定142024/2/2904氧化还原平衡152024/2/29氧化数表示原子在化合物中的氧化态，反映了原子得失电子的情况。氧化剂与还原剂在氧化还原反应中，得电子的物质被称为氧化剂，失电子的物质被称为还原剂。氧化还原反应指有电子转移的化学反应，包括还原过程和氧化过程两个同时进行的半反应。氧化还原反应基本概念162024/2/29氧化数法01通过比较反应前后各元素氧化数的变化，确定电子转移数目，从而配平反应方程式。离子-电子法02将氧化还原反应拆分为两个半反应，分别配平氧化剂和还原剂的离子-电子方程式，再将两个半反应组合成完整的反应方程式。逐步配平法03从反应物或生成物中氧化数变化最大的元素入手，逐步配平其他元素的原子数目和电子转移数目。氧化还原反应方程式配平172024/2/29原电池将化学能转化为电能的装置，由两个电极和电解质溶液组成。在原电池中，自发进行的氧化还原反应产生电流。电解池与原电池相反，电解池是将电能转化为化学能的装置。在电解池中，外加电源驱动非自发进行的氧化还原反应。应用原电池和电解池在化学电源、金属腐蚀与防护、电解精炼和电镀等领域有广泛应用。例如，干电池、蓄电池等化学电源利用原电池原理工作；而电解精炼则利用电解池原理提纯金属。原电池与电解池原理及应用182024/2/2905配位化合物与配位平衡192024/2/29由中心原子（或离子）和配体组成。中心原子通常是金属元素，配体则可以是无机或有机分子或离子。组成配位化合物的命名遵循一定的规则，包括确定中心原子和配体的名称、配位数和配体的排列方式等。命名规则配位化合物组成及命名规则202024/2/29表达配位反应平衡状态的物理量，与沉淀溶解平衡常数（Ksp）：表达式相似，沉淀溶解平衡常数的表达式中各离子浓度项的次方数即为该离子的系数；而配位平衡常数的表达式中各离子浓度项的次方数则为该离子配体数的负数。配位平衡常数可用于预测和解释配位反应的结果，以及指导合成具有特定性质的配位化合物。应用配位平衡常数计算及应用212024/2/29许多工业催化剂都是配位化合物，如合成氨工业中使用的铁触媒等。催化剂分析化学生物化学材料科学配位反应在分析化学中有广泛应用，如EDTA滴定法测定水的硬度等。生物体内的许多重要物质都是配位化合物，如血红蛋白中的铁与卟啉的配位化合物等。配位化合物在材料科学中也有重要应用，如用于制备荧光材料、磁性材料等。配位反应在生活生产中应用222024/2/2906影响化学平衡因素及移动原理232024/2/29当溶液中存在难溶电解质时，其离子浓度的乘积会达到一个定值，称为溶度积常数。当离子浓度改变时，沉淀溶解平衡会发生移动。沉淀溶解平衡弱电解质在水中部分电离，形成弱电解质分子和离子的平衡。当离子浓度改变时，弱电解质的电离平衡也会发生移动。弱电解质电离平衡配位化合物在水中部分离解，形成配离子和中心离子的平衡。当配体或中心离子的浓度改变时，配位平衡会发生移动。配位平衡浓度对化学平衡影响242024/2/29对于有气体参与的反应，压力的改变会影响化学平衡。增大压力，平衡向气体体积减小的方向移动；减小压力，平衡向气体体积增大的方向移动。对于没有气体参与的反应，压力的改变对化学平衡的影响可以忽略不计。压力对化学平衡影响固体、液体反应平衡气体反应平衡252024/2/29焓变与熵变化学反应的焓变和熵变与温度有关。升高温度，焓变增大，熵变也增大。因此，升高温度有利于